JPH10104199A - ガルバニ電池式ガスセンサー - Google Patents
ガルバニ電池式ガスセンサーInfo
- Publication number
- JPH10104199A JPH10104199A JP8280196A JP28019696A JPH10104199A JP H10104199 A JPH10104199 A JP H10104199A JP 8280196 A JP8280196 A JP 8280196A JP 28019696 A JP28019696 A JP 28019696A JP H10104199 A JPH10104199 A JP H10104199A
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- Japan
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- gas
- detection electrode
- electrode
- sensor
- gas sensor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガルバニ電池式ガスセンサーでＣＯ2を検出
可能にする。 【解決手段】 センサー本体２はその底部に被験ガスと
接触するための孔４があけられており、センサー本体２
内の底部から検知極６、ＳＰＥ膜８、対極１４の順に配
置され、センサー本体２内には内部電解液１８としてフ
タル酸水素カリウム、塩酸及び塩化カリウムを含む水溶
液が入れられている。検知極６と対極１４の間での通電
量を測定するために、検知極６と対極１４の間に電流計
２４が接続されている。
可能にする。 【解決手段】 センサー本体２はその底部に被験ガスと
接触するための孔４があけられており、センサー本体２
内の底部から検知極６、ＳＰＥ膜８、対極１４の順に配
置され、センサー本体２内には内部電解液１８としてフ
タル酸水素カリウム、塩酸及び塩化カリウムを含む水溶
液が入れられている。検知極６と対極１４の間での通電
量を測定するために、検知極６と対極１４の間に電流計
２４が接続されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガス中のＣＯ2濃度
を測定する定電位電解式ガスセンサーに関するものであ
る。ガス中の特定成分の濃度を電気化学的に検出するガ
スセンサーの代表的なものとして定電位電解式ガスセン
サーとガルバニ電池式ガスセンサーがあり、本発明はそ
のうちのガルバニ電池式ガスセンサーに関するものであ
る。ガスセンサーは、採取した試料ガスを分析する計測
機や、ガス中の特定成分濃度を制御する制御機や、内燃
機関や外燃機関からの排ガス中の特定成分の濃度測定な
どに用いられている。
を測定する定電位電解式ガスセンサーに関するものであ
る。ガス中の特定成分の濃度を電気化学的に検出するガ
スセンサーの代表的なものとして定電位電解式ガスセン
サーとガルバニ電池式ガスセンサーがあり、本発明はそ
のうちのガルバニ電池式ガスセンサーに関するものであ
る。ガスセンサーは、採取した試料ガスを分析する計測
機や、ガス中の特定成分濃度を制御する制御機や、内燃
機関や外燃機関からの排ガス中の特定成分の濃度測定な
どに用いられている。
【０００２】
【従来の技術】本来、ガルバニ電池式ガスセンサーは、
センサー自体が電池として働くセンサーであって、電解
質の一方にカソード（還元極）、他方にアノードを配置
し、これらの電極を外部回路で結ぶことで、測定物質
（被検物質）の関与する酸化還元反応を生じさせ、その
電流値により測定物質量を知るものである。特に、測定
物質の電極への供給が律速になるように電極の気相側に
隔膜と呼ばれる物理的な拡散膜を配すると、測定物質濃
度に電流値が比例するようになる。特に、本発明の対象
とするガルバニ電池式ガスセンサーでは、有機固体高分
子電解質体に接して気相側に貴金属層の検知極（作用極
ともいう）を配置し、内部電解液側にはその有機固体高
分子電解質体に接して対極を配置し、検知極と対極との
間の通電量により検知極に接する気相中の特定ガスの濃
度を検出する。
センサー自体が電池として働くセンサーであって、電解
質の一方にカソード（還元極）、他方にアノードを配置
し、これらの電極を外部回路で結ぶことで、測定物質
（被検物質）の関与する酸化還元反応を生じさせ、その
電流値により測定物質量を知るものである。特に、測定
物質の電極への供給が律速になるように電極の気相側に
隔膜と呼ばれる物理的な拡散膜を配すると、測定物質濃
度に電流値が比例するようになる。特に、本発明の対象
とするガルバニ電池式ガスセンサーでは、有機固体高分
子電解質体に接して気相側に貴金属層の検知極（作用極
ともいう）を配置し、内部電解液側にはその有機固体高
分子電解質体に接して対極を配置し、検知極と対極との
間の通電量により検知極に接する気相中の特定ガスの濃
度を検出する。
【０００３】有機固体高分子電解質体はＳＰＥ（Solid
Polymer Electrolyte）と称されており、特定のイオン
種のみを選択的に透過させることができる。そのＳＰＥ
上に無電解メッキなどの手法を用いて貴金属薄膜を直接
形成し、その貴金属薄膜を気相側に配置して検知極とし
ている。ＳＰＥ上の貴金属薄膜は多孔性であり、これが
気相中のガスを透過させる物理的な拡散膜として働くこ
とにより、センサー出力である短絡電流に直線性を与え
ている。ガルバニ電池式ガスセンサーの特徴としては、
ガス濃度に対して出力電流が比例し、特定のガスにしか
応答しない選択性を持ち、応答速度が速い等の点を挙げ
ることができる。
Polymer Electrolyte）と称されており、特定のイオン
種のみを選択的に透過させることができる。そのＳＰＥ
上に無電解メッキなどの手法を用いて貴金属薄膜を直接
形成し、その貴金属薄膜を気相側に配置して検知極とし
ている。ＳＰＥ上の貴金属薄膜は多孔性であり、これが
気相中のガスを透過させる物理的な拡散膜として働くこ
とにより、センサー出力である短絡電流に直線性を与え
ている。ガルバニ電池式ガスセンサーの特徴としては、
ガス濃度に対して出力電流が比例し、特定のガスにしか
応答しない選択性を持ち、応答速度が速い等の点を挙げ
ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ガルバニ電池式ガスセ
ンサーで測定される成分としては、Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ、Ｃ
3Ｈ8、Ｃ8Ｈ18、ＨＣＨＯ、Ｈ2、ＮＯ2、ＮＯ、ＳＯ2な
どがあるが、ＣＯ2を測定するものは知られていない。
そこで、本発明はＣＯ2に応答可能で常温で動作可能な
ガルバニ電池式ガスセンサーを提供することを目的とす
るものである。
ンサーで測定される成分としては、Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ、Ｃ
3Ｈ8、Ｃ8Ｈ18、ＨＣＨＯ、Ｈ2、ＮＯ2、ＮＯ、ＳＯ2な
どがあるが、ＣＯ2を測定するものは知られていない。
そこで、本発明はＣＯ2に応答可能で常温で動作可能な
ガルバニ電池式ガスセンサーを提供することを目的とす
るものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は陰イオンのみを
透過させるＳＰＥの一方が気相に接触し、他方が内部電
解液に接触しており、そのＳＰＥに接して気相側に貴金
属層の検知極を配置し、内部電解液側にはそのＳＰＥに
接して対極を配置し、検知極と対極との間の通電量によ
り気相中の特定ガスの濃度を検出するガルバニ電池式ガ
スセンサーであり、特定ガスとしてＣＯ2を検出するた
めに、内部電解液としてフタル酸水素カリウム、塩酸及
び塩化カリウムを含む水溶液を使用することを特徴とし
ている。
透過させるＳＰＥの一方が気相に接触し、他方が内部電
解液に接触しており、そのＳＰＥに接して気相側に貴金
属層の検知極を配置し、内部電解液側にはそのＳＰＥに
接して対極を配置し、検知極と対極との間の通電量によ
り気相中の特定ガスの濃度を検出するガルバニ電池式ガ
スセンサーであり、特定ガスとしてＣＯ2を検出するた
めに、内部電解液としてフタル酸水素カリウム、塩酸及
び塩化カリウムを含む水溶液を使用することを特徴とし
ている。
【０００６】内部電解液の組成は次の範囲内に設定する
のが好ましい。 フタル酸水素カリウム ０〜２ｇ 塩酸 ０〜０.５ｇ 塩化カリウム ０〜２５.５ｇ いずれも溶媒としての水１００ｍｌ中の量であり、０は
含まない。塩化カリウムに関しては、各温度での飽和量
まで添加することができる。
のが好ましい。 フタル酸水素カリウム ０〜２ｇ 塩酸 ０〜０.５ｇ 塩化カリウム ０〜２５.５ｇ いずれも溶媒としての水１００ｍｌ中の量であり、０は
含まない。塩化カリウムに関しては、各温度での飽和量
まで添加することができる。
【０００７】
【実施例】図１に一実施例を示す。センサー本体２はそ
の底部に被験ガスと接触するための孔４があけられてお
り、センサー本体２内の最も底部には検知極６が配置さ
れている。検知極６は、基材としての繊維凝集体シート
である導電性多孔性カーボンシート（クレカの製品：ク
レカペーパーＥ−７０４）を用い、その一方の面に５０
０〜２０００Å、好ましくは６００〜７００Åの金薄膜
を形成したものである。検知極６の金薄膜上には内部電
解液側（図では上側）にＳＰＥ膜（旭硝子の製品：セレ
ミオンＡＳＶ）８が配置され、ＳＰＥ膜８上には内部電
解液側に対極１４として銀製の網が配置され、さらにそ
の対極１４上に多孔質のカーボンシート１６が配置され
ている。センサー本体２内には内部電解液１８が入れら
れている。ＳＰＥ膜８上の周辺部には液漏れを防ぐＯリ
ング１９が設けられている。
の底部に被験ガスと接触するための孔４があけられてお
り、センサー本体２内の最も底部には検知極６が配置さ
れている。検知極６は、基材としての繊維凝集体シート
である導電性多孔性カーボンシート（クレカの製品：ク
レカペーパーＥ−７０４）を用い、その一方の面に５０
０〜２０００Å、好ましくは６００〜７００Åの金薄膜
を形成したものである。検知極６の金薄膜上には内部電
解液側（図では上側）にＳＰＥ膜（旭硝子の製品：セレ
ミオンＡＳＶ）８が配置され、ＳＰＥ膜８上には内部電
解液側に対極１４として銀製の網が配置され、さらにそ
の対極１４上に多孔質のカーボンシート１６が配置され
ている。センサー本体２内には内部電解液１８が入れら
れている。ＳＰＥ膜８上の周辺部には液漏れを防ぐＯリ
ング１９が設けられている。
【０００８】内部電解液１８は次の要領で調製したもの
である。まず、０.２Ｍのフタル酸カリウム（Ｃ6Ｈ4(Ｃ
ＯＯＨ)(ＣＯＯＫ））水溶液５０.０ｍｌと０.２Ｍの塩
酸（ＨＣｌ）２０.３ｍｌに蒸留水を加えて全体を２０
ｍｌとしてｐＨが約３のバッファ溶液を調製する。その
バッファ溶液に塩化カリウム（ＫＣｌ）を飽和するまで
添加する。
である。まず、０.２Ｍのフタル酸カリウム（Ｃ6Ｈ4(Ｃ
ＯＯＨ)(ＣＯＯＫ））水溶液５０.０ｍｌと０.２Ｍの塩
酸（ＨＣｌ）２０.３ｍｌに蒸留水を加えて全体を２０
ｍｌとしてｐＨが約３のバッファ溶液を調製する。その
バッファ溶液に塩化カリウム（ＫＣｌ）を飽和するまで
添加する。
【０００９】検知極６と対極１４の間での通電量を測定
するために、検知極６には金のリード線２０が接続さ
れ、対極１４には銀のリード線２２が接続され、リード
線２０と２２の間には電流計２４が接続されている。検
知極６の金薄膜は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ
法、電解メッキ法、無電解メッキ法、スピンコート法な
ど種々の方法により形成することができる。
するために、検知極６には金のリード線２０が接続さ
れ、対極１４には銀のリード線２２が接続され、リード
線２０と２２の間には電流計２４が接続されている。検
知極６の金薄膜は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ
法、電解メッキ法、無電解メッキ法、スピンコート法な
ど種々の方法により形成することができる。
【００１０】このＣＯ2ガスセンサーでは、加湿された
被検ガスが検知極６側から接触すると、被検ガス中のＣ
Ｏ2濃度に対応した電流が対極１４から外部回路２２，
２４，２０を通って検知極６に流れる。その電流値が電
流計２４により検出される。
被検ガスが検知極６側から接触すると、被検ガス中のＣ
Ｏ2濃度に対応した電流が対極１４から外部回路２２，
２４，２０を通って検知極６に流れる。その電流値が電
流計２４により検出される。
【００１１】この実施例の測定結果を示す。電流計２４
としてゼロシャントアンメーターを用い、ガス希釈機
（エステック製：ＳＧＤ−ＳＣ−５Ｌ）及び流量計を用
いて、初めセンサーにボンベ空気を流し、その後３００
ｐｐｍの空気希釈ＣＯ2ガスを導入してセンサーからの
出力電流を電流計２４で検出した。図２（Ａ）はその結
果の応答波形を示したものであり、３００ｐｐｍのＣＯ
2に対して約１０ｎＡの出力が得られた。
としてゼロシャントアンメーターを用い、ガス希釈機
（エステック製：ＳＧＤ−ＳＣ−５Ｌ）及び流量計を用
いて、初めセンサーにボンベ空気を流し、その後３００
ｐｐｍの空気希釈ＣＯ2ガスを導入してセンサーからの
出力電流を電流計２４で検出した。図２（Ａ）はその結
果の応答波形を示したものであり、３００ｐｐｍのＣＯ
2に対して約１０ｎＡの出力が得られた。
【００１２】図２（Ｂ）は、実施例のセンサーに人間の
呼気をあてた場合の応答波形を示したものである。瞬時
に５００〜８００ｎＡの応答が得られた。また、実施例
のセンサーに相対湿度が０％と１００％のボンベからの
空気、ＮＯガス及びＮＯ2ガスをそれぞれあてたが、い
ずれも応答は示さなかった。
呼気をあてた場合の応答波形を示したものである。瞬時
に５００〜８００ｎＡの応答が得られた。また、実施例
のセンサーに相対湿度が０％と１００％のボンベからの
空気、ＮＯガス及びＮＯ2ガスをそれぞれあてたが、い
ずれも応答は示さなかった。
【００１３】ＳＰＥ上の貴金属薄膜は多孔性であるとは
言え、ガスがＳＰＥに到達する際の抵抗となる。そのた
め高感度化を図り、より低濃度なガスを検知する上で妨
げとなっている。実施例はＳＰＥ上へのガスの到達量を
増加させることにより高感度化を図っている。そのた
め、具体的にはＳＰＥ上に検知極としての貴金属層を直
接形成することはせず、検知極としてはガスの通りのよ
い繊維凝集体シートを検知極の基材とし、それに貴金属
薄膜を形成したものを検知極として採用する。検知極は
ＳＰＥと直接接触していなければならないが、その接触
は機械的接触により実現する。このように、実施例で
は、検知極が繊維凝集体シート上に形成された貴金属薄
膜であるので、検知極部分のガスの透過性が改善され、
電極、気相、ＳＰＥよりなる３相界面へのガスの到達量
が増加してセンサーの感度が上がる。しかし、本発明で
は検知極としてＳＰＥ上に貴金属薄膜を直接形成しても
よい。検知極の貴金属の材質、固体電解質ＳＰＥの種
類、対極の種類、内部電解液の各成分の濃度などを適宜
変更することができる。
言え、ガスがＳＰＥに到達する際の抵抗となる。そのた
め高感度化を図り、より低濃度なガスを検知する上で妨
げとなっている。実施例はＳＰＥ上へのガスの到達量を
増加させることにより高感度化を図っている。そのた
め、具体的にはＳＰＥ上に検知極としての貴金属層を直
接形成することはせず、検知極としてはガスの通りのよ
い繊維凝集体シートを検知極の基材とし、それに貴金属
薄膜を形成したものを検知極として採用する。検知極は
ＳＰＥと直接接触していなければならないが、その接触
は機械的接触により実現する。このように、実施例で
は、検知極が繊維凝集体シート上に形成された貴金属薄
膜であるので、検知極部分のガスの透過性が改善され、
電極、気相、ＳＰＥよりなる３相界面へのガスの到達量
が増加してセンサーの感度が上がる。しかし、本発明で
は検知極としてＳＰＥ上に貴金属薄膜を直接形成しても
よい。検知極の貴金属の材質、固体電解質ＳＰＥの種
類、対極の種類、内部電解液の各成分の濃度などを適宜
変更することができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明では、内部電解液としてフタル酸
水素カリウム、塩酸及び塩化カリウムを含む水溶液を使
用したので、常温でも数１００ｐｐｍオーダーのＣＯ2
に応答可能なセンサーが得られた。
水素カリウム、塩酸及び塩化カリウムを含む水溶液を使
用したので、常温でも数１００ｐｐｍオーダーのＣＯ2
に応答可能なセンサーが得られた。
【図１】一実施例を示す断面図である。
【図２】同実施例における応答波形を示す波形図であ
り、（Ａ）は空気希釈３００ｐｐｍＣＯ2、（Ｂ）は人
間の呼気をそれぞれ測定したものである。
り、（Ａ）は空気希釈３００ｐｐｍＣＯ2、（Ｂ）は人
間の呼気をそれぞれ測定したものである。
６ 検知極 ８ ＳＰＥ １４ 対極 １６ カーボンシート １８ 内部電解液
Claims (1)
- 【請求項１】 陰イオンのみを透過させる有機固体高分
子電解質体の一方が気相に接触し、他方が内部電解液に
接触しており、その有機固体高分子電解質体に接して気
相側に貴金属層の検知極を配置し、内部電解液側には前
記有機固体高分子電解質体に接して対極を配置し、検知
極と対極との間の通電量により前記気相中の特定ガスの
濃度を検出するガルバニ電池式ガスセンサーにおいて、 前記内部電解液としてフタル酸水素カリウム、塩酸及び
塩化カリウムを含む水溶液が使用されており、気相中の
ＣＯ2を検出することを特徴とするガルバニ電池式ガス
センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8280196A JPH10104199A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | ガルバニ電池式ガスセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8280196A JPH10104199A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | ガルバニ電池式ガスセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10104199A true JPH10104199A (ja) | 1998-04-24 |
Family
ID=17621652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8280196A Pending JPH10104199A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | ガルバニ電池式ガスセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10104199A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110272280A1 (en) * | 2009-01-30 | 2011-11-10 | National University Corporation Okayama University | Ion Sensor |
-
1996
- 1996-09-30 JP JP8280196A patent/JPH10104199A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110272280A1 (en) * | 2009-01-30 | 2011-11-10 | National University Corporation Okayama University | Ion Sensor |
| US8608927B2 (en) * | 2009-01-30 | 2013-12-17 | National University Corporation Okayama University | Ion sensor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040301 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040330 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20040528 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040810 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |